单层耐沾污弹性涂料研制
0 前 言
建筑物的外墙多采用混凝土、水泥预制板、水泥砂浆抹面或净水泥浆抹面等 , 其表面经过风吹雨淋、夏晒冬冻后 , 往往会出现裂缝。为了遏制弥盖建筑物外墙表面 ( 即涂料的基层 ) 的裂纹 , 弹性建筑涂料的研究及其在建筑物外墙、屋面等处的应用就应运而生了。
所谓弹性建筑涂料就在于其涂层不仅具有常规涂料的耐水、耐候和耐腐蚀性等 , 而且能在较广泛温度变化范围内保持良好的回弹性、持久的韧性和优良的伸长率 , 以适应建筑物表面的 “ 活 ” 裂纹的产生和运动 [ 1 ] 。本文仅阐述以合成树脂乳液为成膜物质配制而成的弹性外墙乳胶漆。
1 单层低污染弹性涂料用乳液的研制
生产弹性乳胶漆的关键是弹性乳液 , 只有乳液具有粘弹性 , 由其形成的涂膜才会具有粘弹性。所以 , 选择作为弹性乳胶漆的成膜物质 , 应既软又韧 , 弹性模量低 , 延伸率高。由于弹性乳胶漆使用了玻璃化温度很低的成膜物质 , 虽然满足了弹性要求 , 但会出现发粘和耐污染性差的问题。为了解决涂膜耐沾污和弹性的矛盾 , 人们对此进行了大量的研究工作。在日本 , 昭和高分子株式会社已经成功研制了单层低污染弹性涂料用乳液 AP -5085 [ 2 ] 。
1. 1 涂膜去污机理
构造物的污染是凭视觉上的污染部分与不污染部分的判断而决定的。而且 , 根据涂料色彩的不同对污染的认识也会不同 , 明亮的色彩污染会更显眼。
污染物的主要来源是空气中的悬浮粒子 , 污染物质也由于环境不同而产生很大差异 , 城市的污染绝大部分是以亲油性成分为主 ( 如汽车尾气、工业废气 等 ), 而其他地方的污染则以砂尘等亲水性成分为主。
由亲水性污染物质造成的污染 , 在坚硬、平滑的涂膜表面很难附着 , 而且很容易分散于水 ( 雨水 ) 中 , 并随雨水而流落 , 或向全体蔓延 , 不显眼。
图 1 亲水性涂膜表面的去污机理
亲油性成分的污染 , 如图 1 所示 , 沾上水的时候 , 亲水性涂膜表面的水滴与涂膜的接触面积比疏水性涂膜表面的水滴与涂膜的接触面积大 , 易于被雨水冲走。
耐污染性优异的涂膜 , 从防止附着的角度来看 , 坚硬、抗静电效应好且表面平滑被认为是好的涂膜 , 如从去污的角度来看 , 亲水性涂膜表面雨水的洗净效果和表面均匀污染而造成的雨迹及斑痕非显现化效果被认为是好的涂膜。
1. 2 单层低污染弹性涂料用乳液 AP -5085 的设计思想
为了具有既不损害涂膜的基本物性同时又具优异耐沾污等性能 , 把涂膜表面设计成亲水性 , 使水的接触角变小 , 同时提高水的润湿性。一般的亲水性化方法会影响耐水性 ,AP -5085 乳液使用了特殊的亲水性官能团 , 使乳液粒子表面存在有效的亲水性官能
团 , 从而使耐水性与润湿性同时并存。
一般的乳液含有很多的表面活性剂 , 下雨时由于表面活性剂向涂膜表面迁移 , 导致局部表面活性剂浓度偏高 , 虽然也有表面亲水性 , 但会导致涂膜的耐水性下降。所以 , 为了尽可能使表面活性剂不轻易地向涂膜表面迁移而把乳液粒子设计为无皂化 , 以达到亲水涂膜耐水性能优良的效果。
2 试验部分
2. 1 仪 器
U/400 -80 -220 型高速分散机 , J SS20 -48AMS 涂层耐沾污性冲洗装置 , S KDL -1000 型拉伸试验机。
2. 2 配 方
外墙乳胶漆配方见表 1 。
表 1 外墙乳胶漆配方
2. 3 生产工艺
首先在分散釜中加入水、润湿分散剂、部分消泡剂等助剂 , 低速搅拌下慢慢加入颜填料 , 高速分散至细度合格 , 加入乳液、成膜助剂、增稠剂、 p H 调节剂及剩余的消泡剂 , 达到要求的黏度后 , 再低速搅拌 10 min , 以达到分散均匀和排除气泡的目的。
3 结果与讨论
3. 1 涂料 PVC 对涂膜延伸率的影响
采用 AP -5085 乳液配制了不同颜料体积浓度 (PVC) 的乳胶漆 , 在标准状态下制备涂膜 , 在 10 ℃ 的条件下测得其延伸率 , 结果见图 2 。
图 2 涂料 PVC 与涂膜延伸率的关系
从图 2 可以看出 , 随着 PVC 的增大 , 涂膜的延伸率变差 , 这是由于乳胶漆在干燥成膜后所形成的涂膜是一种由作为成膜物质的高聚物 ( 即合成树脂乳液 ) 和颜填料、助剂等所组成的复合材料 , 只有乳液具有粘弹性 , 由其形成的涂膜才会具有粘弹性 , 所以当成膜物质的量增大 , 其弹性才会变好。
3. 2 涂料 PVC 对涂膜耐沾污的影响
采用不同牌号的弹性乳液配制不同 PVC 的乳胶漆 , 如日本昭和高分子株式会社的 AP -5085 , 北京东方罗门哈斯公司的 2949 、 2438( 拼用 AC261) , 联合碳化有限公司的 SC138 , 在标准条件下测定耐沾污性 (5 次反射率下降系数 ), 其结果如图 3 所示。
图 3 不同弹性涂料 PVC 与涂料耐沾污性关系图
通过图 3 可以看到 , 通常的弹性乳胶漆随着 PVC 的增大 , 耐沾污性变好 , 这是由于在 T g 相同的条件下 , 提高 PVC , 即增加硬度较大的颜填料的用量 , 而减少了较软的高聚物的用量 , 使涂膜的耐沾污变好 , 但由于成膜物质的减少 , 使涂膜的延伸率下降。而 AP -5085 的弹性涂料 , 则随着 PVC 的降低 , 耐沾污变好。当 PVC < 28 % 时 , 耐沾污性 (5 次反射率
下降系数 ) < 10 % , 而目前大多数外墙弹性涂料耐沾污性均在 20 % 以上。这是由于 AP -5085 弹性涂料的亲水涂膜耐沾污性好 , 当成膜物质用量增大 , 单位面积的表面亲水基团数量增多 , 使其耐沾污性变好。这样 , 即可保证弹性涂料具有良好的延伸率 , 也可以具有良好的耐沾污性。
4 结 论
采用含特殊亲水基团的无皂乳液 AP -5085 可以制得表面亲水性涂膜 , 比疏水性涂膜耐沾污更好 , 且其附着力、耐水、耐碱性良好。
用 AP -5085 制成的涂料 , PVC 越低 , 耐沾污越好。设计该弹性涂料配方时 ,PVC 控制在 20 % ～ 30 % 时具有良好的弹性和耐沾污性 , 反射率下降系数可以 控制在 10 % 左右 , 明显优于普通的外墙弹性涂料。
本文研制的单层厚膜弹性拉花涂料施工方便 , 通常在平整的外墙上涂刷一道底漆后 , 用花纹滚筒滚涂二道便能达到 300 ～ 400 μ m 厚的弹性涂膜 , 足以抵抗水泥墙面常见的裂纹 , 具有极好的装饰效果。
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